特開 2023-155556 ドローン用の空中給電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023155556

(43)【公開日】2023-10-23

(54)【発明の名称】ドローン用の空中給電システム

(51)【国際特許分類】

   B64F 1/36 20170101AFI20231016BHJP

   B64F 1/12 20060101ALI20231016BHJP

   B64D 27/24 20060101ALI20231016BHJP

   B64C 27/08 20230101ALI20231016BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20231016BHJP

   B61B 7/06 20060101ALI20231016BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231016BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20231016BHJP

【ＦＩ】

B64F1/36

B64F1/12

B64D27/24

B64C27/08

B64C39/02

B61B7/06

H02J7/00 301D

H02J7/00 301B

H02J50/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022064946

(22)【出願日】2022-04-11

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503AA04

5G503BB01

5G503FA03

5G503GB08

(57)【要約】

【課題】ドローンが空中で給電することができ、給電のためにドローンが地上に帰投することを不要とすることができる空中給電システムを提供する。
【解決手段】空中給電システムは、交流電力が流れる電力ケーブル１と、電力ケーブル１に沿って移動可能な可動給電装置２を備える。可動給電装置２は、電力ケーブル１を囲むように延びるコイル５と、コイル５に電気的に接続された、ドローン１００用の給電端子７，８を備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電力が流れる電力ケーブルと、
前記電力ケーブルに沿って移動可能な可動給電装置を備え、
前記可動給電装置は、
前記電力ケーブルを囲むように延びるコイルと、
前記コイルに電気的に接続された、ドローン用の給電端子を備えている、空中給電システム。

【請求項2】

前記可動給電装置は、前記コイルおよび前記給電端子を支持するハウジングと、前記ドローンの発着場をさらに備え、
前記給電端子は、前記発着場に設置されている、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項3】

前記可動給電装置は、前記電力ケーブルに支持され、前記電力ケーブル上を転がり移動可能な回転体をさらに備えている、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項4】

前記可動給電装置は、前記可動給電装置を前記電力ケーブル上で移動させるための推進力を発生させる推進力発生装置をさらに備えている、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項5】

前記可動給電装置は、前記コイルに接続された整流装置をさらに備え、
前記給電端子は、前記整流装置を経由して前記コイルに接続されている、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項6】

前記コイルは、直列に接続された複数のコイルである、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項7】

前記コイルは、並列に接続された複数のコイルである、請求項１に記載の空中給電システム。

【請求項8】

前記電力ケーブルは、単線の電力ケーブルである、請求項１に記載の空中給電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空中を移動するための無人ドローンおよび／または有人ドローンに空中で給電するための空中給電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

空中を移動することができるドローンは、様々な分野で活用されている。例えば、空中から広範囲に亘る領域を撮影する用途、荷物を搬送する用途、風速、圧力、温度、微粒子濃度などの物理量または化学量を計測する用途などに使用されている。さらには、人を運搬する有人ドローンの開発も進められている。このように、ドローンは今後ますます様々な用途および目的で使用されることが予想されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特願２０１７－２２０６６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ドローンは、通常、バッテリーを搭載しており、バッテリーから供給される電力でプロペラを回転させることで推進力を発生する。ドローンの飛行時間は、バッテリーの蓄電量に依存する。すなわち、ドローンはバッテリーに電力がある限り飛行を継続することができる。その一方で、バッテリー内の電力が消費されると、ドローンは飛行することができず、墜落する危険性がある。したがって、バッテリー内の蓄電量が０になる前に、ドローンは地上に帰投する必要がある。

【0005】

そこで、本発明は、ドローンが空中で給電することができ、給電のためにドローンが地上に帰投することを不要とすることができる空中給電システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、交流電力が流れる電力ケーブルと、前記電力ケーブルに沿って移動可能な可動給電装置を備え、前記可動給電装置は、前記電力ケーブルを囲むように延びるコイルと、前記コイルに電気的に接続された、ドローン用の給電端子を備えている、空中給電システムが提供される。

【0007】

一態様では、前記可動給電装置は、前記コイルおよび前記給電端子を支持するハウジングと、前記ドローンの発着場をさらに備え、前記給電端子は、前記発着場に設置されている。
一態様では、前記可動給電装置は、前記電力ケーブルに支持され、前記電力ケーブル上を転がり移動可能な回転体をさらに備えている。
一態様では、前記可動給電装置は、前記可動給電装置を前記電力ケーブル上で移動させるための推進力を発生させる推進力発生装置をさらに備えている。
一態様では、前記可動給電装置は、前記コイルに接続された整流装置をさらに備え、前記給電端子は、前記整流装置を経由して前記コイルに接続されている。
一態様では、前記コイルは、直列に接続された複数のコイルである。
一態様では、前記コイルは、並列に接続された複数のコイルである。
一態様では、前記電力ケーブルは、単線の電力ケーブルである。

【発明の効果】

【0008】

電力ケーブルに交流電力が流れると、アンペールの法則により電力ケーブルの周りに磁場が生じる。この磁場は交番的に変化し、電力ケーブルを囲むコイルに電磁誘導が起こり、コイルに起電力が発生する。したがって、本発明によれば、コイルに接続された給電端子からドローンに電力を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】空中給電システムの一実施形態を示す模式図である。

【図2】可動給電装置の一実施形態を示す模式図である。

【図3】可動給電装置の他の実施形態を示す模式図である。

【図4】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図5】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図6】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図7】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図8】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図9】可動給電装置のさらに他の実施形態を示す模式図である。

【図10】空中給電システムの他の実施形態を示す模式図である。

【図11】空中給電システムのさらに他の実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、空中給電システムの一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、空中給電システムは、交流電力が流れる電力ケーブル１と、電力ケーブル１に沿って移動可能な可動給電装置２を備えている。電力ケーブル１は、図示しない鉄塔または気球などにより空中に架設された電力線であり、例えば商用電源から供給される交流電力が流れている。電力ケーブル１は、単線の電力ケーブルである。電力ケーブル１の例としては、被覆電線が挙げられる。

【0011】

可動給電装置２は、電力ケーブル１に支持されており、電力ケーブル１上を移動可能である。可動給電装置２は、電力ケーブル１を囲むように延びるコイル５と、コイル５に配線２１，２２により電気的に接続された、ドローン１００用の給電端子７，８を備えている。コイル５の全体の形状は特に限定されないが、例えば、図１に示すように、コイル５は環状であり、電力ケーブル１はコイル５の内側を通って延びている。コイル５は、電力ケーブル１との摩擦を防ぐために非接触であるが、コイル５が耐摩耗性を有していれば、電力ケーブル１に接触してもよい。

【0012】

可動給電装置２は、コイル５および給電端子７，８を支持するハウジング１１をさらに備えている。より具体的には、コイル５はハウジング１１内に収容されており、給電端子７，８はハウジング１１の外面に取り付けられている。可動給電装置２は、電力ケーブル１上を転がり移動可能な回転体１４をさらに備えている。回転体１４の例としては、プーリー、ローラーなどが挙げられる。回転体１４は、ブラケット１７に回転可能に保持されており、ブラケット１７はハウジング１１に固定されている。回転体１４は、電力ケーブル１に支持されており、電力ケーブル１上を転がり接触する。したがって、可動給電装置２の全体は、電力ケーブル１上を移動することが可能である。

【0013】

可動給電装置２は、コイル５に接続された整流装置２０をさらに備えている。この整流装置２０は、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器である。給電端子７，８は、配線２１，２２により整流装置２０に接続されている。すなわち、給電端子７，８は、整流装置２０を経由してコイル５に電気的に接続されている。

【0014】

電力ケーブル１に交流電力が流れると、アンペールの法則により電力ケーブル１の周りに交番的に変化する磁場が生じる。この磁場の交番的な変化は、電力ケーブル１を囲むコイル５に電磁誘導を起こし、コイル５に起電力が発生する。コイル５に発生した交流電力は、整流装置２０により直流電力に変換され、配線２１，２２を通じて給電端子７，８に流れる。

【0015】

可動給電装置２は、ドローン１００の発着場２５を有している。空中を飛行するドローン１００は、発着場２５に着地することができ、さらに発着場２５から空中に飛び立つことができる。給電端子７，８は、発着場２５に設置されている。したがって、ドローン１００が発着場２５に停留しているときに、ドローン１００の電気端子を給電端子７，８に電気的に接続することにより、可動給電装置２はドローン１００に電力を供給することができる。

【0016】

図１に示す実施形態では、発着場２５は、ハウジング１１の上面から構成されており、ドローン１００は、ハウジング１１の上面の発着場２５で発着することができる。一実施形態では、発着場２５は、ハウジング１１から下方に吊り下げられてもよい。その場合は、給電端子７，８はハウジング１１の下方に設けられる。

【0017】

図１に示す実施形態によれば、ドローン１００は、バッテリー充電のために地上に帰投する必要がない。また、可動給電装置２は空中に存在しているので、ドローン１００の発着のためのスペースを地上に確保する必要がない。さらに、バッテリー充電のためにドローン１００が地上に着陸する必要がなくなり、かつドローン１００が再度高い高度まで上昇する必要がなくなるので、結果として、ドローン１００の消費電力を削減することができる。

【0018】

一実施形態では、図２に示すように、複数のコイル５を直列に接続し、高い電圧を得るようにしてもよい。他の実施形態では、図３に示すように、複数のコイル５を並列に接続し、大きい電流を得るようにしてもよい。

【0019】

図４乃至図６に示すように、可動給電装置２は、ドローン１００自身の推進力を利用して、電力ケーブル１上を移動してもよい。図４に示す実施形態では、ドローン１００は可動給電装置２にフレキシブルカップリング３０で連結されながら、給電端子７，８に電気的に接続される。図５に示す実施形態では、ドローン１００は可動給電装置２に牽引配線ケーブル３１を介して給電端子７，８に電気的に接続される。図６に示す実施形態では、給電端子７，８は異なる高さに配置されており、これら給電端子７，８に接続されたドローン１００は傾く。

【0020】

図４乃至図６に示す実施形態によれば、ドローン１００はいずれも傾いた状態で、可動給電装置２に連結される。したがって、ドローン１００の推進力により、可動給電装置２はドローン１００とともに電力ケーブル１上を矢印で示す方向に移動することができる。また、ドローン１００が傾いた状態で発生される推進力は、可動給電装置２を電力ケーブル１に沿って移動させるのみならず、ドローン１００および可動給電装置２を上方に持ち上げる作用をするので、電力ケーブル１への荷重を低減させることができる。図４乃至図６に示す実施形態において、一実施形態では、一本の同軸ケーブルでドローン１００を可動給電装置２に連結してもよい。

【0021】

図７に示すように、可動給電装置２は、コイル５に誘起された電力を蓄えるバッテリー３５を有してもよい。図７に示す実施形態では、バッテリー３５は整流装置２０に接続され、さらに配線２１，２２を通じて給電端子７，８に接続されている。本実施形態によれば、バッテリー３５からドローン１００に安定的に電力を供給することができる。

【0022】

図８および図９は、可動給電装置２の他の実施形態を示す模式図である。図１乃至図３を参照した説明は、図８および図９に示す実施形態にも適用できるので、その重複する説明を省略する。図８および図９に示す実施形態では、可動給電装置２は、可動給電装置２が電力ケーブル１上を移動するための推進力を発生させる推進力発生装置４０を備えている。

【0023】

図８に示す推進力発生装置４０は、ハウジング１１の外部に配置されたプロペラ４１と、プロペラ４１を回転させるための電動機４２を備えている。プロペラ４１の位置は特に限定されず、例えば、ハウジング１１の前側、後側、下側、上側、または側方であってもよい。この実施形態では、電動機４２はバッテリー３５に接続されており、バッテリー３５は整流装置２０および給電端子７，８に接続されている。電動機４２は整流装置２０に直接接続されてもよい。

【0024】

図９に示す推進力発生装置４０は、電動機４４と、電動機４４のトルクを回転体１４（例えばプーリー）に伝えるトルク伝達装置４５を備えている。この実施形態では、トルク伝達装置４５は、ベルトとプーリーの組み合わせであるが、トルク伝達装置４５はギヤの組み合わせであってもよい。この実施形態でも、電動機４４はバッテリー３５に接続されており、バッテリー３５は整流装置２０および給電端子７，８に接続されている。電動機４４は整流装置２０に直接接続されてもよい。

【0025】

図８および図９に示す実施形態によれば、推進力発生装置４０により可動給電装置２は電力ケーブル１上を自由に移動することができる。例えば、推進力発生装置４０は、ドローン１００に給電しながら、ドローン１００を搬送することができる。

【0026】

図１０は、複数の電力ケーブル１を含む電力網６０と、これら電力ケーブル１上に支持された複数の可動給電装置２を含む空中給電システムの一実施形態を示す模式図である。複数の電力ケーブル１は、複数の鉄塔５０により支持されており、都市部の上方に電力網６０が構築されている。可動給電装置２は、これら電力網６０を構成する電力ケーブル１上を移動することにより、広い領域で複数のドローン１００に発着場を提供し、かつ複数のドローン１００に給電することができる。鉄塔５０と電力ケーブル１は、複線化やロープウェイの端部と類似したＵターン部、鉄道と類似した転車機構やポイント、一つの鉄塔から二つ以上の鉄塔に接続する分岐などがあってもよい。

【0027】

図１１に示すように、一実施形態では、鉄塔５０に代えて、気球５５により複数の電力ケーブル１を含む電力網６０を空中で支持してもよい。

【0028】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0029】

１ 電力ケーブル
２ 可動給電装置
５ コイル
７，８ 給電端子
１１ ハウジング
１４ 回転体
１７ ブラケット
２０ 整流装置
２１，２２ 配線
２５ 発着場
３０ フレキシブルカップリング
３１ 牽引配線ケーブル
３５ バッテリー
４０ 推進力発生装置
４１ プロペラ
４２ 電動機
４４ 電動機
４５ トルク伝達装置
５０ 鉄塔
５５ 気球
６０ 電力網
１００ ドローン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】